Proteção das linhas de distribuição aéreas de média tensão contra descargas atmosféricas

As descargas atmosféricas estão entre as principais causas de falhas em linhas aéreas e danos ou mau funcionamento de equipamentos eletrônicos (ver, por exemplo, Piantini, 2008) e diversos outros pesquisadores). As medidas básicas de proteção que podem ser aplicadas para melhorar o desempenho das linhas aéreas de distribuição de média tensão são a elevação do nível de isolamento (“critical flashover voltage” - CFO), o uso de cabo(s) guarda multiaterrado e a instalação de para-raios.

As interrupções provocadas pelas descargas atmosféricas são normalmente ocasionadas por sobretensões que provocam descargas disruptivas nos isoladores ou falhas em equipamentos da rede. O Gráfico 2 apresenta, a título de exemplo, uma forma de onda típica de uma tensão induzida por descarga atmosférica em uma linha de distribuição (PIANTINI (2017b)). É também apresentada a corrente da descarga que induziu a tensão na linha. As medições foram realizadas utilizando-se um modelo em escala reduzida e, como mostrado no gráfico, obteve-se uma boa concordância entre a tensão induzida medida e a calculada através do Modelo de Rusck Estendido (Extended Rusck Model - ERM).

Gráfico 2 – a, b - Medidas e cálculos da tensão induzida entre fase e solo, em ponto próximo a descarga indireta

Fonte: Piantini (2017b)

No caso de interrupções por desligamento da proteção ou defeitos em equipamentos e componentes da rede, que precisarão ser substituídos, o principal problema passa a ser a detecção da interrupção ou defeito, o diagnóstico do problema, o isolamento do componente com falha, equipamento defeituoso ou dispositivo de seccionamento desconectado (causa raiz da interrupção), a localização exata do problema na rede, a preparação e despacho da equipe de manutenção, o deslocamento da equipe de manutenção até o local e realização do reparo e/ou religamento da alimentação.

As interrupções e perturbações podem ser conhecidas pela reclamação de consumidores no serviço de atendimento, ou pela inspeção das equipes de manutenção no local do incidente. Ou podem ser monitoradas automaticamente, detectadas, diagnosticadas e isoladas através de sensores e o uso de um sistema de monitoramento e medições remotas. Este tipo de sistema costuma ser complementado por sistema de atuação e controle remoto e/ou automático, que permite ações de correção, como manobras de carga e alimentação, ou religamentos manuais, remotos e automáticos.

Conforme Piantini (2008), quando uma descarga atinge uma linha são geradas duas ondas de corrente, cada uma com metade do valor da corrente injetada, as quais se propagam na linha em direções opostas. Considerando uma linha com impedância típica na faixa de 400 Ω a 500 Ω, no caso de uma descarga com corrente de amplitude igual a 10 kA, que tem probabilidade superior a 90% de ser excedida, a sobretensão correspondente terá amplitude de pelo menos 2.000 kV (400 Ω x 10 kA/2). Como consequência, múltiplos “flashovers” ocorrerão entre o condutor e a terra em diferentes pontos da linha. O Gráfico 3 mostra um exemplo típico de sobretensão causada por uma descarga direta em uma linha de média tensão.

Medido Calculado Tempo (μs) Tempo (μs) T en são ( kV) C or ren te ( kA)

Gráfico 3 - Exemplo de sobretensão devido a uma descarga direta em uma linha de média tensão

Fonte: Piantini (2008).

Piantini (2008) afirma que apesar da severidade das descargas diretas, as descargas indiretas são normalmente mais frequentes e causam mais “flashovers” e interrupções em redes de distribuição com tensão nominal igual ou inferior a 15 kV. A amplitude e a forma de onda da tensão induzida dependem de muitos parâmetros da descarga, do solo e da configuração da rede. Os Gráficos 4 e 5, obtidos através de ensaios realizados utilizando modelos em escala reduzida, ilustram o efeito da altura do cabo guarda e do valor da resistência de terra nas tensões induzidas em uma linha de distribuição por descargas atmosféricas incidentes em suas proximidades. Em ambos os casos a altura do condutor fase, referida ao sistema real, era de 10 m.

Gráfico 4 – Tensões induzidas (fase-terra) por descargas atmosféricas indiretas em função da altura do cabo guarda. Fonte: Piantini (2008). Tempo (μs) T en são ( kV) T en são I nd uzid a (k V) Tempo (μs)

1) Sem cabo guarda

2) Cabo guarda altura 7 m

Em Piantini (2008) é apresentado o resultado da simulação da tensão induzida por descarga indireta, com e sem para-raios e em função da distância da instalação entre os mesmos. O Gráfico 6, parte (a) apresenta a tensão induzida para distância entre para-raios de 300 m e na parte (b) a indução de tensão para distância entre para-raios de 600 m. Fica demonstrado pelos resultados da Gráfico 6 como é importante encurtar o máximo possível a distância entre os pontos de instalação dos para-raios, mas existe a questão do custo associado. Portanto, é fundamental analisar os custos e os benefícios de se encurtar a distância, porém, elevando os custos.

Gráfico 5 - Tensões induzidas (fase-terra) por descargas atmosféricas indiretas em função da resistência de terra do cabo guarda.

Fonte: Piantini (2008).

Gráfico 6 – a, b - Tensões induzidas (fase-terra) por descargas atmosféricas indiretas em função posição da descarga em relação aos para-raios. No Gráfico 6, b a descarga ocorre em frente a um conjunto de para-raios e na direita o ponto de incidência é equidistante aos conjuntos de para-raios mais próximos.

Fonte: Piantini (2008). T en são I nd uzid a (k V) Tempo (μs)

1) Sem cabo guarda 2) Rg = 1000 Ω 3) Rg = 0 Ω T en são I nd uzid a (k V) T en são I nd uzid a (k V) Tempo (μs) Tempo (μs) ▪ Sem para-raios o Com para-raios a cada 300 m o Com para-raios a cada 600 m ▪ Sem para-raios

Piantini afirma no seu artigo publicado em 2017 (a), que o uso de cabos de guarda multiaterrados tem efeito limitado para a proteção de linhas de distribuição contra descargas atmosféricas diretas, mas que pode ser eficaz na proteção contra descargas indiretas, dependendo dos valores da resistência de terra e da distância entre os pontos de aterramento. Nas descargas indiretas a efetividade da proteção varia muito em função dos parâmetros das descargas, da configuração da rede e da resistividade do solo. Na Figura 3 são apresentados os parâmetros utilizados na simulação das tensões induzidas, usando o Modelo de Rusck Estendido (ERM), cujos resultados são apresentados nos Gráficos 7 e 8.

Figura 3 - Parâmetros usados na simulação da tensão induzida por descargas indiretas

Fonte: Piantini (2017, a).

Os parâmetros relevantes usados na simulação são, comprimento das linhas, distância da descarga indireta, em relação as linhas (d), altura das linhas (h), altura do cabo de guarda (hg), distância entre os postes (xg), resistência de terra (Rg) e resistividade do solo (ρ). E as tensões induzidas Usw, Up-sw e Up.

No Gráfico 7 são apresentados os resultados para uma corrente de frente de onda I = 30 kA, tempo de frente de 2 μs, velocidade de propagação de 0,4 da velocidade da luz no vácuo e os parâmetros de configuração das linhas. Os resultados obtidos na simulação são, (1) é a tensão entre fase e terra obtida na ausência de cabo guarda (Up’), (2) tensão entre fase e terra (Up), (3) tensão entre cabo guarda e solo (Usw) e (4) tensão entre fase e cabo guarda (Up- sw).

Gráfico 7 - Tensão induzida por descarga indireta próxima às linhas

Fonte: Piantini (2017, a).

No Gráfico 8 são apresentados os fatores de blindagem SFg e SFsw em função da resistência de terra, para diferentes valores da resistividade do solo, seguindo os parâmetros das linhas definidos para a Figura 3. SFg corresponde à relação entre os valores de pico das tensões fase-terra induzidas no ponto da linha mais próximo ao local de incidência da descarga, com e sem o cabo guarda. SFsw corresponde à relação entre os valores de pico da tensão entre a fase e o cabo guarda e da tensão que seria induzida na ausência do cabo guarda (no ponto da linha mais próximo ao local de incidência da descarga) (PIANTINI 2017a).

Gráfico 8 - Fator de blindagem do cabo guarda em função da resistência do solo.

Fonte: Piantini (2017, a).

Tempo (μs) T en são ( kV) Fato r B lin dag em Resistência de Terra (Ω)

Em Piantini (2017, a) está descrito o resultado da simulação usando o modelo de Rusck Estendido (ERM) e os resultados obtidos das tensões induzidas entre o cabo guarda e o solo (Up), entre fase e cabo guarda (Usw) e entre cabo guarda e solo (Up-sw). Nas figuras a, b e c do Gráfico 9 são apresentadas as tensões induzidas para três distâncias entre os pontos de aterramento do cabo guarda.

Gráfico 9 – a,b,c - Resultado das simulações das tensões induzidas em função da distância entre pontos de aterramento

Fonte: Piantini (2017, a).

O Gráfico 9 ilustra a influência da distância entre os pontos de aterramento do cabo guarda nas sobretensões induzidas por descargas indiretas. Verifica-se a tendência de redução das sobretensões com a redução da distância entre os aterramentos. Entretanto, quanto menor essa distância, maior o custo associado, de forma que se faz necessário analisar os custos e os benefícios relativos a cada situação.

2.6. Indicador de satisfação dos consumidores com as distribuidoras Tempo (μs) Tempo (μs) Tempo (μs) T en são ( kV) T en são ( kV) T en são ( kV)

Desde o ano 2000, por meio da realização de pesquisa, a Agência obtém o Índice ANEEL de Satisfação do Consumidor (IASC), que a partir de 2002 passou a contemplar as distribuidoras com premiação nas diversas regiões e tamanhos de mercado. A aplicação da pesquisa tem como objetivo apurar o grau de satisfação dos consumidores quanto aos serviços prestados pelas distribuidoras e, para tanto, em 2012 foram sorteados 475 municípios no território nacional, onde foram realizadas 19.740 entrevistas.

Para avaliar a percepção do consumidor em relação ao desempenho das distribuidoras, os entrevistados respondem questões referentes à qualidade percebida (informações ao cliente, acesso à empresa e confiabilidade nos serviços), valor percebido, satisfação global, confiança no fornecedor e fidelidade. A pesquisa visa avaliar:

• avaliar a partir da percepção dos usuários o grau de satisfação com as concessionárias distribuidoras de energia elétrica;

• gerar indicadores comparáveis por região e por porte de empresa;

• gerar um indicador único da satisfação do consumidor que indique a percepção global no setor;

• complementar as informações de natureza interna (DEC/FEC, registros na Ouvidoria, entre outros);

• possibilitar análise da série histórica do período 2003-2013, com a mesma metodologia.